פעילות מתוקשבת - מרכז מעבדות נוער על שם בלמונטה

פעילות מתוקשבת - מרכז מעבדות נוער על שם בלמונטה

‫מבנה חלבון‪:‬‬
‫הליזוזים‬
‫ראשית – תזכורת קצרה לדברים ידועים‪:‬‬
‫מודל לקשר בין מבנה ופעילות‬
‫קשרים כימיים‬
‫קשר קוולנטי‪:‬‬
‫קשר חזק בין אטומים סמוכים באותה מולקולה‪.‬‬
‫מעובד מתוך תרגיל שכתבה‪:‬‬
‫דר' נורית קליינברגר‪-‬דורון‬
‫קשר מימן‪ ,‬קשר אלקטרוסטטי‪ ,‬קשר ון‪-‬דר‪-‬ואלס‪:‬‬
‫קשרים חלשים בין אטומים רחוקים באותה מולקולה‪,‬‬
‫או בין אטומים של מולקולות שונות‪.‬‬
‫המכון למדעי החיים‬
‫האוניברסיטה העברית‬
‫ירושלים‬
‫עיבוד‪ :‬דר' מיכל מנדלוביץ‬
‫‪ Update 2012‬מרכז מעבדות נוער ע"ש בלמונטה‬
‫‪1‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫מבנה חלבון‪:‬‬
‫מבנה חלבון‪:‬‬
‫‪H‬‬
‫לכל החומצות האמיניות חלק קבוע‬
‫)צבוע בירוק(‪.‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪C‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪H‬‬
‫‪R‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪O‬‬
‫הקשר בין כל שתי‬
‫חומצות אמיניות סמוכות‬
‫גם הוא קשר קוולנטי‪.‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫לכל חומצה אמינית חלק ייחודי לה‬
‫)צבוע בורוד(‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫‪R‬‬
‫‪H‬‬
‫‪N‬‬
‫‪R‬‬
‫‪H‬‬
‫הקשרים בין אטומים בחומצה אמינית‬
‫הם קשרים קוולנטיים )חזקים(‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫מבנה חלבון‪:‬מבנה ראשוני‬
‫כתוצאה מיצירת קשרים חלשים בין החלקים הקבועים של‬
‫חומצות אמיניות הקרובות זו לזו ברצף הראשוני‪ ,‬נוצר‬
‫המבנה השניוני‪ .‬ישנם שני סוגי מבנה שניוני‪:‬‬
‫האמיניות בונים את שלד החלבון‪,‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪N‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪O‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪R‬‬
‫‪R‬‬
‫‪R‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫מבנה חלבון‪ :‬מבנה שניוני‬
‫בחלבון השלם‪ ,‬החלקים הקבועים של החומצות‬
‫‪C‬‬
‫‪4‬‬
‫‪R‬‬
‫‪H‬‬
‫‪R‬‬
‫סליל ‪:α‬‬
‫משטח קפלים ‪β‬‬
‫שלד החלבון מפותל בצורה של סליל‪.‬‬
‫המבנה מיוצב ע"י קשרי מימן )קשרים‬
‫חלשים(‪.‬‬
‫קטעים שונים של שלד החלבון‬
‫נצמדים זה לזה ע"י קשרי‬
‫מימן‪.‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫קשרי מימן‬
‫אל כל חומצה אמינית מחובר השייר‬
‫הצדדי הייחודי לה‪.‬‬
‫רצף חומצות האמינו יוצר את המבנה‬
‫ראשוני של חלבון‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪6‬‬
‫מבנה חלבון‪ :‬מבנה שלישוני‬
‫מבנה חלבון‪ :‬מבנה שלישוני‬
‫כתוצאה מיצירת קשרים חלשים בין השיירים הצידיים של‬
‫חומצות אמיניות מרוחקות נוצר המבנה השלישוני‬
‫קשר הידרופובי‬
‫קשרי מימן‬
‫המבנה השלישוני – הארגון המרחבי של כל שרשרת החלבון‪.‬‬
‫קשר יוני )גשרי מלח(‬
‫קשרי מימן‬
‫קשר הידרופובי‬
‫גשר דיסולפידי בין שיירי ציסטאין‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪7‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫כיצד נראה את מבנה החלבון במודל הממוחשב?‪-‬‬
‫שימו את הסמן על המולקולה )בחלון המבנה( והתחילו לסובב‬
‫את המולקולה מימין לשמאל ומלמעלה למטה ע"י הזזת‬
‫העכבר‪ .‬תוכלו לקבל את תחושת התלת‪-‬מימדיות של המודל‪.‬‬
‫הכרת התוכנה איתה נעבוד‪.‬‬
‫כל "כדור" בחלון המבנה מייצג אטום אחד מהאטומים הבונים‬
‫את החלבון‪.‬‬
‫קו מייצג קשר קוולנטי בין אטומים‪.‬‬
‫כניסה לקישור שיוצג להלן תפתח ‪ 2‬חלונות נוספים – חלון מבנה‬
‫וחלון רצף‪.‬‬
‫כדי לעבור בין מסך התרגיל לחלונות אלו‬
‫תוכלו ללחוץ על מקש ה"‪ "windows‬ולקבל את סרגל המשימות‪.‬‬
‫האם אתם מצליחים להבחין בין החומצות האמיניות השונות‬
‫הבונות את החלבון?‬
‫לאחר גיבוש החלבון‪ ,‬ביצוע הדיפרקציה ופענוח התמונות‬
‫מתקבלת תמונה כפי שתוכלו לראות בקישור הבא‪:‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫קשרי מימן‬
‫‪8‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪9‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫‪10‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫זיהוי והדגשת חומצות אמיניות ספציפיות‪:‬‬
‫המודל שלפניכם מפורט מאד‪ ,‬וקשה לזהות בעזרתו את פרטי‬
‫מבנה החלבון‪) .‬האם תוכלו לזהות מבנים שניוניים?( לכן‬
‫נעבור למודל המציג רק את שלד החלבון‪.‬‬
‫לחצו לחיצה כפולה על חומצה אמינית כלשהי בחלון הרצף‪ .‬פעולה זו מדגישה‬
‫את החומצה האמינית הזו בצהוב‪.‬‬
‫עתה הסתכלו בחלון המבנה ומקמו את אותה החומצה האמינית במבנה‪ ,‬גם‬
‫שם היא צבועה עכשיו בצהוב‪.‬‬
‫אם תרצו לסמן מספר חומצות אמיניות במקביל‪ ,‬לחצו על מקש ה‪Ctrl-‬‬
‫במקלדת‪.‬‬
‫לשם כך בחרו בתפריט‪Style :‬‬
‫את האופציה‪Rendering Shortcuts :‬‬
‫תוכלו גם ללחוץ לחיצה כפולה על נקודה כלשהי במבנה )בחלון המבנה( ובכך‬
‫להדגיש את החומצה האמינית בחלון המבנה‪.‬‬
‫הסתכלו בחלון הרצף‪ .‬חומצה אמינית זו מודגשת עתה בצהוב גם בחלון זה‪.‬‬
‫אם תשימו את הסמן על החומצה האמינית המודגשת בחלון הרצף‪ ,‬מספרה‬
‫ברצף יופיע בפינה השמאלית התחתונה של חלון הרצף‪.‬‬
‫התאמנו על פעולות אלו מספר פעמים‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪2‬‬
‫ומתוכה בחרו ב‪Tubes :‬‬
‫)כפי שמוצג בתמונה‪(.‬‬
‫‪11‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪12‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫ניתן לצבוע את האזורים בחלבון היוצרים מבנה‬
‫שניוני מוגדר‪ ,‬ע"י‬
‫במודל שקיבלתם עתה מוצג רק שלד החלבון‪.‬‬
‫החלק הקבוע של כל חומצה אמינית מיוצג בקו‪.‬‬
‫)השיירים הצדדיים אינם מוצגים‪(.‬‬
‫פתיחת התפריט‪Style :‬‬
‫בחירה באופציה‪Coloring Shortcuts :‬‬
‫ומתוכה בחירה ב‪Secondary Structure :‬‬
‫סובבו עכשיו את החלבון ומיצאו את ‪ 2‬קצותיו‪.‬‬
‫באיזה צבע נצבעו סלילי ה‪?α -‬‬
‫במודל זה קל יחסית לגלות מבנים שניוניים‪.‬‬
‫סובבו את החלבון ונסו למצוא סלילי ‪ .α‬כמה כאלה הצלחתם לזהות?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪13‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪14‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫המבנה השניוני היחיד הקיים בחלבון אותו הכרתם עד עתה‬
‫הוא סליל ‪.α‬‬
‫בחלבון אליו תגיעו בקישור הבא ישנם רק גדילי ‪.β‬‬
‫ישנו מודל המציג בצורה ברורה יותר את המבנים השניוניים שבחלבון‪.‬‬
‫נסו לזהות אותם במודל ה‪.Tubes -‬‬
‫כדי לראות אותו בחרו בתפריט ‪Style :‬‬
‫את האופציה‪Rendering Shortcuts :‬‬
‫עתה עברו למודל ‪ Worms‬ולצביעה ע"פ ‪Secondary‬‬
‫‪.Structure‬‬
‫ומתוכה בחרו ב‪Worms :‬‬
‫איך מיוצגים גדילי ‪ β‬במודל‪ ,‬ובאיזה צבע הם צבועים?‬
‫במודל זה מוצג שלד החלבון כחוט מפותל‪.‬‬
‫אזורים היוצרים סלילי ‪ α‬מודגשים בעזרת‬
‫חיצים ה"מושחלים" באמצע הסליל )אך אינם קיימים במציאות!(‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪15‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫כל המודלים אותם הצגנו עד‬
‫עכשיו הם מודלים "חלולים"‪,‬‬
‫המציגים מרכיבים הנמצאים על‬
‫שטח פני החלבון ומרכיבים‬
‫הנמצאים בתוך ליבת החלבון‬
‫כאחד‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪16‬‬
‫דומה הדבר להצגת קוביה הונגרית ע"י‬
‫מודל בו מיוצגת כל קוביה קטנה בנקודה‪,‬‬
‫והחיבורים בין הקוביות הקטנות בקו‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪18‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫הכרת התוכנה‪:‬‬
‫במודל שקיבלתם עתה מיוצג כל אטום‬
‫ע"י כדור המציג את המקום שהוא‬
‫תופס במרחב‪.‬‬
‫מודל ממלא מרחב הוא מודל המציג את שטח הפנים‬
‫של החלבון‪.‬‬
‫כדי לקבל מודל כזה יש לבחור בתפריט‪Style :‬‬
‫את האופציה‪Rendering Shortcuts :‬‬
‫ומתוכה לבחור‪Space Fill :‬‬
‫עד כאן הכרנו את המודלים השונים המייצגים מבני חלבונים‪.‬‬
‫עתה נעבור ללמוד את מבנה החלבון ליזוזים בעזרת מודלים אלו‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪19‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬פעילות‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪20‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה‬
‫ליזוזים הוא אנזים הפועל כחומר אנטי‪-‬בקטריאלי טבעי בחלבון‬
‫ביצה‪ ,‬רוק‪ ,‬דמעות והפרשות אחרות‪.‬‬
‫אנזים זה מזרז את הפירוק של הרב‪-‬סוכר פפטידוגליקן‪,‬‬
‫המרכיב העיקרי בדופן התא של חידקים‪.‬‬
‫ע"מ לקבוע את מבנה החלבון יש צורך לבצע גיבוש של החלבון‪.‬‬
‫גביש מסודר מתקבל רק ממולקולות זהות מבחינה מבנית‪.‬‬
‫ברצוננו לבחון את המבנה התלת מימדי של האנזים ליזוזים ‪C‬‬
‫מחלבון ביצה וללמוד מהן התכונות המבניות המאפשרות לו לבצע‬
‫את פעילותו‪.‬‬
‫הריאקציה המזורזת ע"י ליזוזים נקראת הידרוליזה‪:‬‬
‫מולקולת מים מתווספת לקשר בודד בין שתי‬
‫קבוצות סוכר עוקבות בשרשרת‪ ,‬וגורמת לשבירת‬
‫הקשר‪ ,‬כמודגם באיור‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫כאמור‪ ,‬מבנה החלבון ליזוזים נקבע לאחר גיבוש החלבון‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ‪II‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪22‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ‪III‬‬
‫בליזוזים קיים אלמנט מבני שלא ראינו בשני החלבונים הקודמים‪.‬‬
‫אלמנט זה מיוצג ע"י פס חום המקשר בין שתי חומצות אמיניות‬
‫שאינן סמוכות‪) .‬מסומן ע"י חיצים לבנים בתמונה(‪.‬‬
‫לצפיה במבנה ליזוזים סוג ‪ C‬מעופות הכנסו לקישור הבא‪.‬‬
‫תוכלו לראות שהמבנה מורכב משני אלמנטים‪:‬‬
‫החלבון )צבוע בירוק חום ותכלת(‬
‫והסובסטראט )צבוע באפור אדום כחול ולבן(‪.‬‬
‫בחלון התחתון מוצג רצף החלבון‪ ,‬צבוע באותו קוד של מבנים‬
‫שניוניים‪.‬‬
‫‪ .1‬כמה מבני ‪ α‬הליקס יש בליזוזים?‬
‫‪ .2‬כמה גדילי ‪?β‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪4‬‬
‫‪23‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪24‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ‪III‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ‪III‬‬
‫האם תוכלו לחשוב איזה אלמנט מבני מיוצג ע"י הפסים הללו?‬
‫לחצו לחיצה כפולה על אחד מהפסים החומים הללו בחלון המבנה‪.‬‬
‫זהו את החומצה האמינית המודגשת תוך שימוש בחלון הרצף )זהו‬
‫את שמה ואת מיקומה ברצף(‪.‬‬
‫לחצו לחיצה כפולה על החצי השני של הפס החום‪ .‬זהו את החומצה‬
‫האמינית השנייה )שם ומיקום(‪.‬‬
‫רמז‪:‬‬
‫מדובר בקשר‬
‫קוולנטי בין ‪2‬‬
‫חומצות אמיניות‬
‫שאינן סמוכות‬
‫ברצף הראשוני‪.‬‬
‫‪25‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ‪III‬‬
‫‪26‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫‪ .3‬איזה קשר מיוצג ע"י הפסים החומים?‬
‫‪ .4‬כמה קשרים דומים מצויים במולקולה?‬
‫מבנה החלבון ליזוזים מיוצב על‪-‬ידי ‪ 4‬קשרי ‪ S-S‬קוולנטיים‬
‫)מסומנים בחיצים לבנים בתמונה שמימין(‪.‬‬
‫‪ .5‬כיצד מסבירים ממצאים אלו את התוצאות שקיבלתם במבחן הפעילות‬
‫בטמפרטורות שונות?‬
‫מבנה חלבון מיוצב בד"כ על‪-‬ידי הרבה קשרים לא‪-‬קוולנטיים‪,‬‬
‫כגון‪ :‬קשרי מימן‪ ,‬קשרים אלקטרוסטטיים‪ ,‬משיכות‬
‫הידרופוביות‪ ,‬ועוד‪ .‬קשרים לא‪-‬קוולנטיים אלו הם חלשים‬
‫יחסית‪ ,‬וחימום מתון יכול לפגוע בהם ולגרום לדנטורציה של‬
‫החלבון‪ .‬לעומתם‪ ,‬קשרי ‪ S-S‬הם קשרים קוולנטיים ויציבים‬
‫הרבה יותר‪.‬‬
‫חישבו‪,‬‬
‫ככל שיש יותר קשרי ‪ S-S‬בחלבון‪ ,‬כך הוא עמיד יותר בפני‬
‫דנטורציה בחום‪ .‬לכן חימום הליזוזים לא גרם לו לאבד את‬
‫פעילותו‪.‬‬
‫ואז בידקו את תשובתכם‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪27‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫‪28‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫קשרי ‪ S-S‬ניתנים לפתיחה ע"י חומר מחזר‪:‬‬
‫עברו למודל ממלא‪-‬מרחב של הליזוזים‪.‬‬
‫)תפריט‪Style :‬‬
‫אופציה‪Rendering shortcuts :‬‬
‫לבחור‪(Space Fill :‬‬
‫צבעו את המודל ע"פ מולקולה‪.‬‬
‫)תפריט‪Style :‬‬
‫אופציה‪Coloring shortcuts :‬‬
‫לבחור‪(Molecule :‬‬
‫מתוצאות הניסוי שביצעתם עלה שהוספת חומר מחזר למערכת הניסוי‪:‬‬
‫לא גרמה לליזוזים לאבד את פעילותו ב‪.37oC -‬‬
‫כן‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫גרמה לליזוזים לאבד את פעילותו ב‪.65oC -‬‬
‫כדי להסביר תוצאות אלו נבדוק את מיקום קשרי ה ‪ S-S‬בליזוזים‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪5‬‬
‫‪29‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪30‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫רדו לחלון הרצף וסמנו את כל החומצות האמיניות מסוג ציסטאין‬
‫שישנן בליזוזים‪ .‬הציסטאין מיוצגת על‪-‬ידי האות ‪ .C‬השתמשו‬
‫במקש ‪ Ctrl‬על מנת לסמן את כולן ביחד‪ ,‬כפי שמודגם להלן‪:‬‬
‫לפניכם מודל המציג את החלבון כפי שהוא נראה מבחוץ‪.‬‬
‫סובבו את המולקולה – האם תוכלו להבחין בין החלבון ובין המעכב שלו?‬
‫)שימו לב לצבע הרצף בחלון הרצף(‪.‬‬
‫עתה נסתיר את המעכב‪ ,‬כך שנוכל לראות רק את האנזים‪.‬‬
‫עברו לחלון המבנה ובחרו בתפריט‪Style :‬‬
‫באופציה‪Edit Global Style :‬‬
‫חלון חדש נפתח‪.‬‬
‫מצאו את הריבוע המסומן ליד ‪ Heterogens‬והורידו את הסימון‪.‬‬
‫לחצו על‪.Done :‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫הסתכלו בחלון המבנה‪ .‬סובבו את המבנה‪.‬‬
‫‪ .6‬האם קשרי ה ‪ S-S‬חשופים לסביבה או "קבורים" בליבת‬
‫החלבון?‬
‫‪31‬‬
‫האנזים ליזוזים‪ :‬מבנה ותפקוד‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪32‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫קשרי ‪ S-S‬וחשיבותם‬
‫בתמונות למטה תוכלו לראות את החלבון‪ ,‬עם ובלי המעכב‪:‬‬
‫כאשר מבנה החלבון יציב לחלוטין‪" ,‬קבורים" קשרי ה ‪ S-S‬בליבת‬
‫החלבון‪ ,‬ולכן קשה לביתא‪-‬מרקפטו‪-‬אתנול להגיע אליהם ולחזר אותם‪.‬‬
‫ליזוזים ‪ +‬מעכב מוצג‬
‫ליזוזים ‪ +‬מעכב מוסתר‬
‫חימום ל‪ 65oC -‬מערער מעט את מבנה החלבון‪ .‬דבר זה כשלעצמו לא‬
‫פוגע בפעילות החלבון‪ ,‬אך מאפשר את חדירתו של החומר המחזר‬
‫לליבת החלבון‪ .‬כעת מתרחשת שבירה של קשרי ה ‪ S-S‬והדבר מביא‬
‫להרס המבנה המרחבי של הליזוזים ולאיבוד הפעילות‪.‬‬
‫‪ .7‬איך נקרא האזור בליזוזים הקושר את המעכב )ואת הסובסטרט(?‬
‫מה מאפיין אזור זה?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪33‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪34‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫האתר הפעיל תופס חלק קטן יחסית מנפחו הכללי של אנזים‪.‬‬
‫רוב חומצות האמינו באנזים אינן באות במגע עם הסובסטרט‪ ,‬מה‬
‫שמעלה את השאלה המעניינת – מדוע אנזימים הם כה גדולים?‬
‫האתר הפעיל של אנזים הוא האזור אליו נקשר הסובסטרט‪.‬‬
‫באתר זה נמצאות החומצות האמיניות המשתתפות ישירות‬
‫ביצירה ובשבירה של קשרים‪.‬‬
‫כמעט כל האנזימים מורכבים מיותר ממאה חומצות אמיניות!‬
‫נסו לזהות את כל החומצות האמיניות היוצרות את השקע ומעורבות‬
‫בקישור הסובסטרט – לחצו לחיצה כפולה על עמדות במבנה ובחנו את‬
‫זהותן בחלון הרצף )שם ומיקום(‪.‬‬
‫החומצות האמיניות ה"עודפות" משמשות כשלד ליצירת האתר‬
‫הפעיל התלת‪-‬מימדי מחומצות אמיניות הרחוקות זו מזו במבנה‬
‫הראשוני‪.‬‬
‫תנועתן של חומצות אמיניות הקרובות זו לזו במבנה הראשוני אינה‬
‫גמישה מספיק כדי לאפשר להן להתייצב במבנה הנכון זו ביחס‬
‫לזו‪.‬‬
‫‪ .8‬האם החומצות האמיניות הבונות את השקע קרובות זו לזו במבנה‬
‫הראשוני )ברצף(?‬
‫‪ .9‬מתוך כלל החומצות האמיניות הבונות את החלבון‪ ,‬איזה אחוז‬
‫מעורב בקשירת הסובסטרט )בערך(?‬
‫בחלבונים רבים‪ ,‬חומצות האמינו הנותרות גם מרכיבות אתרי בקרה‪,‬‬
‫אתרים של אינטראקציה עם חלבונים אחרים או תעלות להבאת‬
‫הסובסטרט לאתר הפעיל‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪6‬‬
‫‪35‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪36‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫כדי שרב‪-‬סוכר של ‪ NAM-NAG‬ישמש סובסטרט לפעילות‬
‫הליזוזים הוא צריך להיות מורכב לפחות מ‪ 6-‬יחידות של חד‪-‬‬
‫סוכר‪.‬‬
‫נבדוק את שתי החומצות האמיניות הידועות מניסויי מעבדה‬
‫כמעורבות בזירוז הריאקציה‪.‬‬
‫הסתכלו בתמונה הבאה‪:‬‬
‫נקו את כל החומצות האמיניות שהדגשתם עד עכשיו ע"י לחיצה‬
‫יחידה על המרווח הלבן בחלון הרצף‪.‬‬
‫סמנו בחלון הרצף את החומצות האמיניות‪Glutamate 35 (E35) :‬‬
‫ו‪) .Aspartate 52 (D52) -‬יש ללחוץ על ‪ Ctrl‬לפני סימון החומצה‬
‫האמינית השניה(‬
‫‪E35‬‬
‫‪D52‬‬
‫‪ .10‬הסתכלו בחלון המבנה ומיצאו‪ :‬היכן ממוקמות חומצות אמיניות‬
‫אלו ביחס לאתר הפעיל?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫מעכב‬
‫‪ .11‬האם תוכלו להסביר מדוע מולקולה של ‪ 3‬יחידות ‪NAG‬‬
‫משמשת כמעכב ולא כסובסטרט?‬
‫‪37‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪38‬‬
‫האתר הפעיל באנזים ליזוזים‪:‬‬
‫הסובסטרט נקשר לאנזים באמצעות הרבה קשרים חלשים‬
‫)שאינם קוולנטיים(‪.‬‬
‫עברו למודל כדור‪-‬וקו של הליזוזים‪.‬‬
‫)תפריט‪Style :‬‬
‫אופציה‪Rendering Shortcuts :‬‬
‫לבחור‪(Ball and Stick :‬‬
‫ספציפיות הקישור תלויה בסידור המדויק של האטומים‬
‫באתר הפעיל‪ .‬כיון שהאנזים והסובסטרט נקשרים ע"י‬
‫כוחות בעלי טווח קצר הדורשים מגע קרוב‪ ,‬לסובסטרט‬
‫חייבת להיות צורה מרחבית המתאימה לאתר הפעיל‪.‬‬
‫בקישור הבא תוכלו לראות הדמיה של המעכב )מוצג בקוים‬
‫עבים( והקשרים אותם הוא יוצר עם החומצות האמיניות‬
‫הבונות את האתר הפעיל‪ .‬הקשרים מיוצגים ע"י קו‬
‫בצבע תכלת‪.‬‬
‫‪ .12‬האם הסובסטרט קשור לאנזים בקשרים קוולנטיים?‬
‫‪ .13‬כמה קשרים חלשים קושרים את המעכב לאתר הפעיל?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪39‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪40‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫עד עתה חקרנו את החלבון ליזוזים ‪ C‬שהופק מעופות‪.‬‬
‫למדנו את הקשר בין מבנה החלבון לתפקודו‪.‬‬
‫חלבונים דומים קיימים גם באורגניזמים אחרים‪.‬‬
‫האם הרצף שלהם דומה?‬
‫האם המבנה שלהם דומה?‬
‫האם הם פועלים באותה דרך?‬
‫עייפים?‬
‫כאשר משווים רצף ראשוני ניתן להשתמש בשני מדדים‪:‬‬
‫זהות – באיזה אחוז מהמקומות לאורך הרצף נמצאת אותה‬
‫חומצה אמינית בשני הרצפים‪.‬‬
‫דמיון – באיזה אחוז מהמקומות לאורך הרצף נמצאות‬
‫חומצות אמיניות דומות מבחינת התכונות הכימיות‬
‫והפיזיקליות שלהן )חומציות‪ ,‬הידרופוביות וכו'(‪.‬‬
‫קחו הפסקה קלה‪,‬‬
‫ואחריה חיזרו לסיכום החלק הזה עם המדריך‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪7‬‬
‫‪41‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪42‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫בקישור הבא תוכלו לראות את המבנים של שני החלבונים‬
‫כאשר הם מוצגים ביחד‪.‬‬
‫נשווה את רצף החלבון ליזוזים ‪ C‬מעופות לחלבון ליזוזים ‪ C‬מאדם‪:‬‬
‫בהשוואת הרצף הראשוני מתקבלות התוצאות הבאות‪:‬‬
‫‪ 56.8%‬זהות‪) .‬כלומר – ‪ 43.2%‬מהחומצות האמיניות שברצף‬
‫האנושי שונות מהחומצות האמיניות שנמצאות באותם מקומות‬
‫ברצף של העוף‪(.‬‬
‫‪ 75%‬דמיון )כלומר – ‪ 25%‬מהחומצות האמיניות שברצף האנושי‬
‫שונות מאד מהחומצות האמיניות שנמצאות באותם מקומות‬
‫ברצף של העוף‪(.‬‬
‫החלקים המסומנים באדום מייצגים מקומות של זהות‬
‫ברצף וזהות במבנה‪.‬‬
‫החלקים המסומנים בכחול מייצגים מקומות של שוני‬
‫ברצף אך זהות במבנה‪.‬‬
‫החלקים המסומנים באפור אינם דומים לא ברצף ולא‬
‫במבנה‪.‬‬
‫האם מידת דמיון שכזו מספיקה כדי ליצור מבנה דומה?‬
‫האם ישנן חומצות אמיניות ספציפיות השמורות במידה רבה יותר?‬
‫סובבו את המבנים‪ .‬זיכרו שברמת הרצף הראשוני ישנו דמיון‬
‫של ‪.75%‬‬
‫‪ .14‬האם הדמיון המבני גדול או קטן מהדמיון ברצף?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪43‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫למרות השוני ברצף הראשוני המבנים דומים מאד זה לזה‪.‬‬
‫כפי שראיתם‪ ,‬מידת השימור הגדולה ביותר היא בחומצות האמיניות‬
‫המרכיבות את האתר הפעיל‪.‬‬
‫חומצות אמיניות שונות יכולות ליצור מבנים שניוניים זהים וכך‬
‫להביא ליצירת אותה צורה מרחבית‪.‬‬
‫למרות זאת‪ ,‬גם במקומות רחוקים מן האתר הפעיל ישנן מספר‬
‫חומצות אמיניות שמורות‪ .‬מדוע הן נשמרו?‬
‫‪ .15‬חישבו‪ ,‬באיזה חלק של האנזים תצפו לשימור גדול של‬
‫חומצות האמינו במולקולות ליזוזים ‪ C‬מאורגניזמים שונים?‬
‫בעזרת הסמן‪ ,‬לחצו על חומצות‬
‫אמיניות אלו ובידקו את זהותן‪,‬‬
‫בפינה השמאלית התחתונה של‬
‫החלון‪.‬‬
‫‪ .16‬האם זהותן של חומצות‬
‫אמיניות אלו מסבירה את‬
‫חשיבותן?‬
‫בידקו את השערתכם בקישור הבא‪ ,‬בו מסומנת מידת השימור‬
‫בסקאלת צבעים שבין טורקיז )לא שמור( לבורדו )שמור(‪.‬‬
‫סובבו את המולקולה על מנת לזהות טוב יותר את האזורים‬
‫השמורים‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪44‬‬
‫‪45‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪46‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫האם יש צורך בדמיון גדול כל כך‪ ,‬הן ברצף והן במבנה‪ ,‬על מנת לקבל‬
‫פעילות זהה?‬
‫בקישור הבא תוכלו לראות את המבנים של שני החלבונים כאשר הם‬
‫מוצגים ביחד‪.‬‬
‫מסתבר שישנו סוג נוסף של מולקולות ליזוזים‪ ,‬הנקרא ליזוזים מסוג‬
‫‪.G‬‬
‫זיכרו‪ :‬אפור = חוסר דמיון ברצף ובמבנה‪.‬‬
‫ליזוזים זה מקודד ע"י גן אחר מהגן המקודד לליזוזים מסוג ‪.C‬‬
‫‪ .17‬האם ישנו דמיון מבני בין חלבונים אלו?‬
‫בהשוואת הרצף הראשוני של שני החלבונים מתקבלות התוצאות‬
‫הבאות‪:‬‬
‫‪ 8.6%‬זהות‪) .‬כלומר ‪ 91.4%‬חומצות אמיניות שונות!(‬
‫‪ 15.3%‬דמיון‪) .‬כלומר‪ 84.7% ,‬חומצות אמיניות שונות גם בתכונות‬
‫הכימיות!(‬
‫אם כך מדוע נקראים שני החלבונים בשם ליזוזים? האם חלבונים‬
‫שונים כל כך יכולים להיות דומים במבנה? האם יוכלו לבצע את אותה‬
‫פעילות?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪8‬‬
‫‪47‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪48‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫לפניכם המבנים של שני החלבונים זה בצד זה‪:‬‬
‫ליזוזים ‪G‬‬
‫לפניכם המבנים ממלאי המרחב של שני החלבונים זה בצד זה‪:‬‬
‫ליזוזים ‪G‬‬
‫ליזוזים ‪C‬‬
‫ליזוזים ‪C‬‬
‫בצהוב מסומנות שתי החומצות האמיניות המעורבות בזירוז‬
‫הריאקציה )אספרטאט וגלוטמאט(‬
‫‪ .18‬האם המבנים דומים? כמה סלילי ‪ α‬יש בכל חלבון? כמה גדילי ‪?β‬‬
‫‪ .19‬מה המשותף לשני החלבונים?‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪49‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫השוואת מבנה ליזוזים ממקורות שונים‪:‬‬
‫בשני החלבונים ישנו שקע אליו נקשר הסובסטרט‪ .‬השקע בליזוזים‬
‫מסוג ‪ G‬עמוק יותר‪ ,‬דבר המעיד על סובסטרט מעט שונה‪ .‬ואכן כך‬
‫נמצא גם באופן ניסויי‪.‬‬
‫כפי שלמדנו קודם‪ ,‬רוב החומצות האמיניות באנזים משמשות כשלד‬
‫ליצירת האתר הפעיל התלת‪-‬מימדי מחומצות אמיניות הרחוקות זו מזו‬
‫במבנה הראשוני‪.‬‬
‫ואכן‪ ,‬מהשוואת המבנים של ליזוזים מסוג ‪ C‬וליזוזים מסוג ‪ G‬עולה‬
‫שהשלד של מולקולות אלו שונה מאד‪ ,‬כפי שניתן ללמוד מההבדלים‬
‫בגודל ובמבנים השניוניים המרכיבים אותן‪.‬‬
‫עם זאת‪ ,‬שני האנזימים גורמים לשבירה של אותו סוג של קשר בשני‬
‫הסובסטרטים השונים‪ .‬פעולה זהה זו מתאפשרת הודות למאפיינים‬
‫המשותפים לשני החלבונים‪ :‬זהות החומצות האמיניות המעורבות‬
‫בזרוז הריאקציה‪ ,‬והמיקום שלהן בעומק השקע משני הצדדים‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪50‬‬
‫‪51‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪52‬‬
‫ולסיום ‪ -‬מה הקשר בין ליזוזים לפרה משוגעת?‬
‫מה גורם למולקולות החלבון להיצמד זו לזו?‬
‫במחלת הפרה המשוגעת נוצרים במוח צברים של‬
‫חלבון‪ ,‬הבנויים ממולקולות חלבון זהות הנצמדות‬
‫זו לזו‪ .‬צברים אלו שוקעים בתאים וגורמים למוות‬
‫שלהם‪ .‬שקיעת צברי חלבונים אחראית למחלות‬
‫נוספות כגון‪ :‬אלצהיימר‪ ,‬פרקינסון ועוד‪.‬‬
‫בדיקה של רצפי מולקולות הליזוזים אצל חולים שונים‬
‫גילתה שכל החולים נושאים אחת משתי מוטציות‪:‬‬
‫‪ .1‬איזולאוצין בעמדה ‪ 56‬מוחלפת ע"י תראונין‪.‬‬
‫‪ .2‬אספרטט בעמדה ‪ 67‬מוחלפת ע"י היסטידין‪.‬‬
‫גם הליזוזים יכול ליצור צברים של חלבון‪ ,‬לשקוע‬
‫בתאים ולהביא למותם‪ .‬תופעה כזו מתרחשת‬
‫במחלה התורשתית "עמילואידוזיס משפחתית"‪,‬‬
‫הפוגעת בכליות‪ ,‬בכבד ובמערכת הדם של בני‬
‫אדם‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪9‬‬
‫‪ .20‬מיצאו עמדות אלו במבנה הליזוזים האנושי‪ .‬האם הן‬
‫מרכיבות מבנה שניוני כלשהו?‬
‫‪53‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪54‬‬
‫גדילי ה‪ β -‬שנחשפו‬
‫במולקולת חלבון אחת‬
‫נצמדים לגדילי ‪β‬‬
‫שנחשפו במולקולה‬
‫שניה‪ ,‬והתהליך ממשיך‬
‫והולך עד ליצירת צבר‬
‫גדול של מולקולות‬
‫חלבון‪ ,‬ששוקע ופוגע‬
‫בתפקוד התאים‪.‬‬
‫החומצה האמינית איזולאוצין היא חומצה אמינית הידרופובית‪.‬‬
‫כנראה שהיא מעורבת באינטראקציה עם חומצות אמיניות‬
‫הידרופוביות נוספות‪ ,‬המקבעות את המבנה השלישוני של‬
‫החלבון‪.‬‬
‫החלפת האיזולאוצין בחומצה האמינית תראונין‪ ,‬שהיא חומצה‬
‫אמינית הידרופילית‪ ,‬משבשת אינטראקציות הידרופוביות אלו‪,‬‬
‫ומערערת את יציבות המבנה השלישוני‪.‬‬
‫הדבר לא מביא לדנטורציה מוחלטת של החלבון‪ ,‬המבנים‬
‫השניוניים נשמרים‪ ,‬אך נגרמת חשיפה של גדילי ‪ β‬הידרופוביים‬
‫לסביבה‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪55‬‬
‫מקווים שלמדתם ונהניתם‪ .‬להתראות‪,‬‬
‫צוות מרכז מעבדות בלמונטה‪.‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪10‬‬
‫‪57‬‬
‫‪Update 2012‬‬
‫‪56‬‬